Circuitul apei în sistemele biologice

Apa circulă între aer, sol, ape de suprafață și organisme. Soarele încălzește apa, iar o parte se evaporă. Vaporii se pot condensa și pot reveni prin ploaie sau zăpadă. O parte din apă se scurge spre râuri și lacuri, iar alta pătrunde în sol. Plantele absorb apa prin rădăcini; apoi o parte iese sub formă de vapori prin frunze, proces numit transpirație.

Animalele iau apă prin băut, prin hrană și prin procesele din corp. O elimină prin urină, transpirație, respirație și alte căi. Apa nu este doar ceva care „trece” prin corp: în ea au loc numeroase procese ale celulelor, iar ea ajută la transportul substanțelor și la reglarea temperaturii. Într-un ecosistem, lipsa apei poate schimba creșterea plantelor, hrana disponibilă și locurile unde pot trăi animalele.

Într-o pajiște afectată de secetă, solul pierde apă, iar creșterea unor plante încetinește. Dacă se schimbă plantele, se pot schimba și insectele și păsările care depind de ele. Când plouă din nou, nu toată apa rămâne la suprafață: o parte intră în sol și devine disponibilă rădăcinilor. Astfel, circuitul apei este legat de funcționarea viețuitoarelor și a ecosistemelor, nu doar de formarea norilor.

La scara ecosistemului, evapotranspirația reunește evaporarea apei de pe suprafețe și transpirația plantelor. Infiltrația, scurgerea de suprafață și stocarea în sol sau în apele subterane influențează disponibilitatea apei pentru organisme. Vegetația poate modifica interceptarea ploii și pierderea apei din sol. Circuitul global nu înseamnă că apa este disponibilă uniform: distribuția și ritmul precipitațiilor pot limita productivitatea biologică locală.

Evaporarea mută apa lichidă în atmosferă, condensarea formează norii, iar precipitațiile readuc apa pe uscat și în oceane. O parte se infiltrează în sol și alimentează pânza freatică; alta curge la suprafață. De exemplu, asfaltarea unui teren reduce infiltrația și poate crește scurgerea rapidă după ploaie, chiar dacă volumul precipitațiilor rămâne același.

Pe Pământ, aproximativ 97% din apă este sărată (oceane), iar apa dulce reprezintă aproximativ 3%; din apa dulce, cea mai mare parte, aproximativ 69%, este înghețată în ghețari și calote polare, iar restul se află în ape subterane, lacuri, râuri și atmosferă. Bilanțul apei într-un teritoriu se scrie $P=ET+S+\Delta R$, unde $P$ sunt precipitațiile, $ET$ evapotranspirația, $S$ scurgerea și $\Delta R$ variația rezervei de apă din sol și din pânza freatică. În organisme, apa este solventul reacțiilor, mediul de transport al substanțelor și reglează temperatura prin evaporare; corpul uman conține 60–70% apă. La plante, apa absorbită prin perișorii absorbanți ajunge prin vasele lemnoase la frunze, unde ieșirea vaporilor prin stomate (transpirația) menține curentul ascendent.

Exemplu rezolvat 1: bilanțul unui bazin. Într-un bazin cad 600 mm precipitații pe an, evapotranspirația este de 450 mm, iar scurgerea la suprafață de 100 mm.

1. $\Delta R=P-ET-S=600-450-100=50$ mm.
2. Rezerva de apă din sol și din apele subterane crește cu 50 mm într-un an.
3. Dacă scurgerea ar crește la 150 mm, variația ar fi $\Delta R=0$: toată apa ar ieși din bazin.

Exemplu rezolvat 2: pădure și teren defrișat. Pe o pantă (valori de exercițiu), aceeași ploaie de 100 mm într-o oră ajunge în pădure cu scurgere de 10% din volum, iar pe teren defrișat cu 40%.

1. În pădure: $100\cdot 0,10=10$ mm se scurg; $90$ mm sunt interceptați de frunziș sau se infiltrează în sol.
2. Pe terenul defrișat: $100\cdot 0,40=40$ mm se scurg, deci scurgerea este de patru ori mai mare.
3. Concluzie: vegetația reduce viiturile și eroziunea și menține apa în sol; defrișarea crește riscul de viitură în aval.

Pădurea reține apa prin trei mecanisme: coroanele interceptează o parte din ploaie, litiera și humusul absorb apa ca un burete, iar rădăcinile fac solul poros. Din acest motiv defrișările de pe versanți cresc scurgerea de suprafață și transportul de pământ spre râuri.

Greșeli frecvente

• Greșit: Plantele folosesc apa și nu o mai întorc în mediu.
  Corect: O parte din apa absorbită este eliberată prin transpirație.
• Greșit: Dacă există multă apă pe planetă, fiecare ecosistem are suficientă apă.
  Corect: Contează forma, locul și momentul în care este disponibilă.
• Greșit: Transpirația plantelor este o pierdere inutilă de apă.
  Corect: Transpirația menține curentul ascendent de apă și săruri minerale prin plantă și o răcește.

Înainte și după